Radioanalytická chemie - Radioanalytical chemistry

Radioanalytická chemie se zaměřuje na analýzu vzorku pro ně radionuklid obsah. K čištění a identifikaci se používají různé metody radioelement zájmu prostřednictvím chemických metod a technik měření vzorků.

Dějiny

Oblast radioanalytické chemie byla původně vyvinuta Marie Curie s příspěvky od Ernest Rutherford a Frederick Soddy. Vyvinuli techniky chemické separace a měření záření na pozemských radioaktivních látkách. Během dvaceti let, které následovaly po roce 1897, se zrodila koncepce radionuklidů.^[1] Od Curieho doby se množily aplikace radioanalytické chemie. Moderní pokroky v jaderném a radiochemickém výzkumu umožnily odborníkům aplikovat chemické a jaderné postupy k objasnění jaderných vlastností a reakcí, přičemž použité radioaktivní látky byly stopovací látky a měří radionuklidy v mnoha různých typech vzorků.^[2]

Význam radioanalytické chemie zahrnuje mnoho oblastí včetně chemie, fyzika, lék, farmakologie, biologie, ekologie, hydrologie, geologie, forenzní, atmosférické vědy ochrana zdraví, archeologie, a inženýrství. Mezi aplikace patří: formování a charakterizace nových prvků, určování stáří materiálů a vytváření radioaktivních činidel pro specifické použití stopovacích látek v tkáních a orgánech. Trvalým cílem radioanalytických vědců je vyvinout více radionuklidů a nižší koncentrace u lidí a životního prostředí.

Režimy rozpadu záření

Rozpad alfa-částic

Alfa rozpad je charakterizována emisí částice alfa, a ⁴On jádro. Způsob tohoto rozpadu způsobí, že se mateřské jádro sníží o dva protony a dva neutrony. Tento typ rozpadu sleduje vztah:

${displaystyle {} _ {Z} ^ {A}! X o {} _ {Z-2} ^ {A-4}! Y + {} _ {2} ^ {4} alfa}$^[3]

Rozpad beta-částic

Beta rozpad je charakterizována emisí a neutrino a negatron, který je ekvivalentní k elektron. K tomuto procesu dochází, když má jádro přebytek neutronů vzhledem k protonům ve srovnání se stájí isobar. Tento typ přechodu přeměňuje neutron na proton; podobně, a pozitron se uvolní, když se proton přemění na neutron. Tyto rozpady sledují vztah:

${displaystyle {} _ {Z} ^ {A}! X o {} _ {Z + 1} ^ {A}! Y + {ar {u}} + eta ^ {-}}$
${displaystyle {} _ {Z} ^ {A}! X o {} _ {Z-1} ^ {A}! Y + u + eta ^ {+}}$^[4]

Rozpad gama záření

Gama paprsek emise sleduje dříve diskutované způsoby rozpadu, když rozpad zanechává dceřiné jádro v excitovaném stavu. Toto jádro je schopné další de-excitace do stavu nižší energie uvolněním fotonu. Tento rozpad sleduje vztah:

${displaystyle {} ^ {A}! X ^ {*} o {} ^ {A}! Y + gamma}$^[5]

Principy detekce záření

Detektory ionizace plynu

Schéma ionizačního detektoru

Detektory plynné ionizace sbírejte a zaznamenávejte elektrony uvolněné z plynných atomů a molekul interakcí záření uvolněného zdrojem. Napětí potenciál se aplikuje mezi dvě elektrody v utěsněném systému. Jelikož jsou plynné atomy ionizovány po interakci se zářením, jsou přitahovány k anodě, která vytváří signál. Je důležité měnit použité napětí tak, aby odezva spadala do kritického proporcionálního rozsahu.

Polovodičové detektory

Schéma polovodičového detektoru

Princip fungování Polovodičové detektory je podobný detektorům ionizace plynu: kromě toho, že místo ionizace atomů plynu vznikají volné elektrony a díry, které vytvářejí signál na elektrodách. Výhodou detektorů v pevné fázi je větší rozlišení výsledného energetického spektra. Obvykle se používají detektory NaI (Tl); pro přesnější aplikace byly vyvinuty detektory Ge (Li) a Si (Li). Pro mimořádně citlivá měření se v prostředí kapalného dusíku používají vysoce čisté detektory germania.^[6]

Scintilační detektory

Scintilace detektory používají fotoluminiscenční zdroj (například ZnS), který interaguje se zářením. Když se radioaktivní částice rozpadne a narazí na fotoluminiscenční materiál, uvolní se foton. Tento foton se znásobí v a fotonásobič který převádí světlo na elektrický signál. Tento signál je poté zpracován a převeden na kanál. Porovnáním počtu počtů s energetickou úrovní (obvykle v keV nebo MeV) lze určit typ rozpadu.

Techniky chemické separace

Kvůli radioaktivní nukleotidy mají podobné vlastnosti jako jejich stabilní, neaktivní protějšky podobné analytická chemie lze použít separační techniky. Mezi tyto separační metody patří srážky, Iontová výměna, Kapalina Kapalina extrakce, Pevný Fázová extrakce, Destilace, a Elektrodepozice.

Principy radioanalytické chemie

Ztráta vzorku radiokoloidním chováním

Vzorky s velmi nízkým obsahem koncentrace je obtížné přesně měřit kvůli neočekávaným ukládáním radioaktivních atomů na povrchy. Ztráta vzorku na stopových úrovních může být způsobena adhezí ke stěnám nádoby a místům s filtračním povrchem podle iontový nebo elektrostatický adsorpce, stejně jako kovové fólie a sklíčka. Ztráta vzorku je stále aktuálním problémem, zejména na začátku analytické cesty, kde mohou tyto ztráty sloučit postupné kroky.

Jsou známa různá řešení, jak tyto ztráty obejít, včetně přidání neaktivního dopravce nebo přidání stopovací látky. Výzkum také ukázal, že předúprava skleněného zboží a plastových povrchů může snížit sorpci radionuklidů nasycením míst.^[7]

Přidání nosiče nebo stopovače

Protože se obvykle analyzuje malé množství radionuklidů, je mechanika manipulace s malými množstvími náročná. Tento problém je klasicky řešen použitím dopravce ionty. Tím pádem, přidání nosiče zahrnuje přidání známé hmotnosti stabilního iontu do roztoku vzorku obsahujícího radionuklidy. Nosič je ze stejného prvku, ale není radioaktivní. Nosič a požadovaný radionuklid mají stejné chemické vlastnosti. Obvykle se množství přidaného nosiče obvykle volí pro snadné vážení tak, aby přesnost výsledné hmotnosti byla v rozmezí 1%. U částic alfa je nutné použít speciální techniky k získání požadovaných zdrojů tenkého vzorku. Použití nese bylo těžce využíváno Marie Curie a byl použit při první demonstraci jaderné štěpení.^[8]

Ředění izotopů je opakem přidávání značkovače. Zahrnuje přidání známého (malého) množství radionuklidu do vzorku, který obsahuje známý stabilní prvek. Tato přísada je „sledovačem“. Přidává se na začátku analytického postupu. Po zaznamenání závěrečných měření lze kvantitativně stanovit ztrátu vzorku. Tento postup eliminuje potřebu jakéhokoli kvantitativního zotavení, což značně zjednodušuje analytický proces.

Typické zajímavé radionuklidy

Zajištění kvality

Protože se jedná o analytická chemie technika kontrola kvality je důležitým faktorem pro udržení. A laboratoř musí přinést důvěryhodné výsledky. Toho lze dosáhnout neustálým úsilím laboratoří o údržbu nástroj kalibrace, reprodukovatelnost měření a použitelnost analytických metod.^[9] Ve všech laboratořích musí existovat plán zajištění kvality. Tento plán popisuje systém jakosti a zavedené postupy pro získání konzistentních výsledků. Tyto výsledky musí být autentické, náležitě zdokumentované a technicky obhájitelné. “^[10] Mezi takové prvky zajišťování kvality patří organizace, školení personálu, provozní postupy laboratoře, zadávací dokumentace, záznamy o spotřebitelském řetězci, standardní certifikáty, analytické záznamy, standardní postupy, program a výsledky analýzy vzorků QC, záznamy o testování a údržbě přístrojů, výsledky projektů předvádění výkonu , výsledky hodnocení dat, zprávy o auditu a zásady uchovávání záznamů.

Náklady na zajištění kvality neustále rostou, ale výhody tyto náklady daleko převažují. Průměrná pracovní zátěž pro zajištění kvality se zvýšila z 10% na moderní zátěž 20–30%. Toto zvýšené zaměření na zajištění kvality zajišťuje dosažení spolehlivých měření kvality. Náklady na selhání daleko převažují nad náklady na prevenci a hodnocení. Konečně musí být výsledky vědecky obhájitelné dodržováním přísných předpisů v případě soudního sporu.

Reference

Další čtení

• Chemická analýza jadernými metodami, od Z.B. Alfassi
• Radioanalytická chemie J. Tölgyessy a M. Kyrš.
• Jaderná analytická chemie J. Tölgyessy, Š. Varga a V. Kriváň. Anglický překlad: P. Tkáč.